信息有限网络控制系统量化控制与行为分析验证

网络控制系统中存在诸如数据传输率有限、通信容量有限、随机干扰、数据包丢失、测量变量丢失、信息延迟、网络拥塞等问题，这些问题会导致系统信息不准确或者有效信息有限从而带来控制系统性能下降甚至不稳定。本项目以混杂系统理论、稳定性理论、时滞系统理论、随机系统理论为方法在保证网络性能的前提下对信息有限网络的行为进行研究，建立基于信息有限网络控制系统的量化反馈模型，分析信道容量、数据传输率、量化算法等对网络动力学行为和性能指标的影响。通过工业测试网络平台进行控制算法的验证，初步确定工业测试网络平台在网络环境中信息容量、量化手段和决策对最终结果影响的关键因素，提出改进现有稳定性判据、控制器、观测器、量化器设计的方法和策略，探索发展一种新的考虑信息约束的控制理论，在避免结论过分保守的同时也能针对网络突发行为进行分析。这对揭示控制目标与信息有限之间的权衡关系有着重要意义，同时也为构建高性能网络系统奠定基础。

在网络控制系统中，被控对象、传感器、控制器和执行器之间通过网络进行连接，节点之间通过网络传递控制信息。相比传统的点对点控制，网络控制系统的主要优点是成本低，可靠性高，便于安装与维护。因此，网络控制系统在许多领域得到了广泛应用。但是由于网络控制系统中存在诸如数据传输率有限、通信容量有限、随机干扰、数据包丢失、测量变量丢失、信息延迟、网络拥塞等问题，这些问题会导致系统信息不准确或者有效信息有限从而带来控制系统性能下降甚至不稳定。为了解决这些问题，本项目以混杂系统理论、稳定性理论、时滞系统理论、随机系统理论为方法（1）针对一类Markov线性系统研究了H2滤波问题，设计一个具有较小保守性的非模态依赖的H2滤波器，且保证滤波误差系统的随机稳定；（2）针对一类含有对数量化器且模态信息未知的Markov线性系统，研究了量化H2滤波问题，分析了对数量化器对滤波系统的影响。研究结果推广到了系统参数矩阵和转移概率矩阵存在不确定性的情况；（3）针对一类存在随机时延的网络控制系统，研究了量化H∞控制问题。设计的量化状态反馈控制器确保闭环系统均方意义下指数稳定，且具有H∞扰动衰减性能；（4）针对一类含有时变量化器和随机丢包的网络控制系统，提出了一种改进的网络控制系统模型。基于该模型分析了时变量化器和随机丢包对网络控制系统的稳定性影响。设计的控制器确保系统随机稳定，并满足给定的H∞性能指标；（5）针对一类含有丢包、随机时延和概率传感器故障等网络因素的网络控制系统，研究了这类系统的稳定性及控制问题。将闭环系统转化成一类Markovian切换系统。设计的控制器可确保系统随机稳定，并满足给定的H∞性能指标。将该结论推广到了含有对数量化的网络控制系统中；（6）研究了网络控制系统兼容性产品测试问题，在分析网络控制系统特点的基础上，给出了网络控制系统兼容性产品一致性测试及互操作性测试的流程和主要测试项目，在对CC-Link网络控制系统兼容性产品进行实际测试的基础上，分析了对系统性能，尤其是通信性能造成影响的各种因素。